专利名称：智能无功功率补偿和谐波滤波电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无功功率补偿和无源滤波电路，尤其是在低压变配电系统中能实时 监控和智能无触点投切的电容多级无功功率补偿和智能无触点投切的无源滤波的于一体的电 路。
背景技术：
目前大量新增的用电负荷中，整流和变频等电力电子设备所占的比例不断增加，使电网 的谐波污染和低功率因数问题日益严重，影响了供电的质量.谐波电流还可能引起通讯系统、 监测仪器以及计算机系统故障。因此，对电网谐波采取有效抑制并对无功功率进行动态补偿 已成为减少系统损耗，提高电能质量的有效措施。对于含有谐波源的低压配电系统，如果仅 采用电容器组进行无功补偿的话,在电容与电网的感抗组成的谐振回路的谐振频率等于或接 近于某次谐波分量的频率时特定情况下，电容器还可能与系统发生谐振，使系统的谐波电流
得到放大，谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且 由于电容器可能对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重。因此在做无功补偿时必须 考虑谐波治理，在有较大谐波千扰，又需要补偿无功的地点，必须增加滤波装置。
而现有技术中的无功功率补偿方式大都采取三相无功补偿或分相补偿，其中三相无功补 偿方式是以三相中的某一相为参考，进行补偿，在这种情况下，只能保证三相中的一相处于 最佳补偿状态，而不能确保其它两相的补偿效果，易造成过补或欠补的情况，使线路中产生 过电压或大电流的情况，造成在线设备的损坏；而分相补偿的存在补偿分级低、没有数字接 口、智能化程度低等问题。同时，现有技术中的补偿装置大都不能实现后台搡作，不能进行 实时打印。现有技术中的无功补偿装置中大都采用传统继电器、交流接触器，因而在投切过 程中，无法实现零压差投切，因而在投切过程中存在严重的打火、拉弧及切冲击电流大等现 象，再加上有触点机械式投切存在振动、噪声、速度慢、易损坏等缺点使其无法工作在自动 频繁投切运行状态中。近期虽出现了一些无触点无功补偿装置，实现了无冲击、零压差投切， 但其所用的可控硅元件较多，成本高。 发明内容为了克服传统电容无功补偿器的有触点机械式投切方式在投切过程中无法实现零压差投
切、振动、噪声、速度慢、易损坏；无触点无功补偿电路所用的可控硅元件较多，成本高; 及传统电容无功补偿器无法过滤电网系统中日益严重谐波污染，电容器甚至还可能与电网系 统的谐波污染发生谐振，放大电网中的谐波污染，严重影响电容无功补偿器寿命，造成电网 系统中的很多电气设备无法正常使用；现有的无功补偿器补偿分级低、没有数字接口、智能 化程度低等问题。本实用新型提供一种智能无功功率补偿和谐波滤波的电路，该电路能实现 对电网各相线无功补偿过程中的零压差投切、能对电网各个参数进行监测并智能控制对电网 相线的多级无功补偿和谐波滤波。
本实用新型解决其技术问题所釆用的技术方案是本实用新型主要由电压采样单元、电 压采样单元、微电脑控制单元、补偿单元、滤波单元及信息输入/输出单元组成。电流釆样电 路设置为三个分别与微电脑控制单元和电源的三相连接的电流互感器1TA1、 2TA1、 3TA1,对
电源的三相线路的电流分别进行釆样，并实时传递给微电脑控制单元；电压采样电路设置为 三条与电源和实时功率分析控制器连接的通路采样单元的一端连接在三相线路上，对电源的 三相线路的电压分别进行采样，并实时传递给微电脑控制单元。补偿单元由投切电路和补偿 电容器组成，投切电路连接于微电脑控制器，当微电脑控制器向投切电路发出投切信号，投 切元件动作，接通或断开补偿电容器，实现补偿作用；补偿单元的电容投切电路开关采用以 晶闸管触发电路与晶闸管开关组成的复合式电容器开关；晶闸管的kl触发控制端与徽电脑控 制器连接；晶闸管的kO控制端作为基准电压与微电脑控制器连接；晶闸管的A2开关端与电
容连接，电容的另一端与电源的零线连接，晶闸管的Al开关端与断路器连接，再与相线分别 连接形成通路，晶闸管的N端与电源的零线连接。补偿单元的电容投切电路采用多级电容器 进行分相分组投切，把复合式电容器开关及与复合式电容器开关相联的补偿电容器共分为3 组，每n个复合式电容器开关和与复合式电容器开关相联的补偿电容器组成为l组，每l组 对其中l个相线可进行l至2的n次方级无功率补偿，每l组中的n个电容器电容大小按8 4 2 l方式设置，每l组的各个电容器的关系是Cn=2*Cn-1……C4-2*C3=4*C2=8*C1。信息输入/ 输出单元一端联系在输入/输出设备的端口上，另一端与微电脑控制单元连接形成通路，信息 输入/输出单元主要是输出显示电网中的各种随机参数。滤波单元包括以电抗器和电力滤波电 容器组成的无源滤波器以及相联的投切电路，无源滤波器为针对于电网谐波次数的多级单调 谐滤波器和高通滤波器，其中的滤波器包括电抗器和电力滤波电容器。
本实用新型的有益效果是，在低压变配电系统中使得智能分相补偿和自动滤波控制成为 可能，其采用微电脑控制器后，大大简化了无功补偿和滤波电路，不但节约了空间，而且大大减少了电路中的电容器的数量，相应地散热量也大大地减少，使采用该电路配电装置在配 电区的就地补偿成为可能，从而大大降低了无功补偿设备、滤波设备和配电设备的成本。补 偿单元和滤波单元的投切电路开关采用以晶闸管触发电路与晶闸管开关组成的复合式开关使 补偿单元和滤波单元实现微电脑控制变成可能，并使补偿单元对各相线的无功功率得到更精 确、更细致的补偿，在电容器电压与系统电压相等的时刻投入电容器，完全消除了暂态过程, 使补偿效果快速、准确、安全、易于控制。微处理器在电路中的应用，使得能实时监控整个 电路装置成为可能，可通过后台管理软件实现自动或终端手动两种方式设置的智能型分相无 功补偿和。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的电路原理示意图。 图2是本实用新型一个实施例电路图。
图3是图2中补偿单元的电容投切电路的工作原理图及1组电容器中各个电容器的关系。
图4是补偿单元和滤波单元的投切电路开关工作原理图。
图5是滤波单元电路原理示意图。
图中A电压釆样单元，B电流采样单元，C信息输入/输出单元，D补偿单元，E微电脑控 制单元，F滤波单元。
具体实施方式
参考图1所示，本实用新型主要由电压采样单元(A)、电流采样单元(B)、微电脑控制 单元(E)、补偿单元(D)、滤波单元(F)和信息输入/输出单元(C)组成。电压采样单元 (A)、电流采样单元(B)其对整个电源的电流和电压参数进行釆样，并将采样参数传送到微 电脑控制单元(E),微电脑控制单元(E)再将处理结果传递到补偿单元(D)对三相线路的 相线进行无功功率补偿或处理结果传递到滤波单元(F)对三相线路的相线进行无源滤波。信 息输入/输出单元(C)显示电网中的各种实时参数或接受对微电脑控制单元(E)控制的外界 指令。
参考图l、图2所示，微电脑控制单元(E)设置为实时功率分析控制器，其对整个智能 无功功率补偿电路进行配变监测及对补偿电容进行分配或对无源滤波器进行启动或关闭。补 偿单元(D)由投切电路和补偿电容器组成，投切电路连接于实时功率分析控制器，当实时功 率分析控制器向投切电容发出投切信号，投切元件动作，接通或断开补偿电容器，实现补偿 作用。本实用新型的具体作用过程是这样的，当本实用新型的智能分相电容补偿电路工作时， 电路中的电流分相采样电路中的电流互感器1TA1、 2TA1、 3TA1和电压分相采样电路不停地对
电网中的电流和电压进行检测，电压釆样电路设置为三条与电源和实时功率分析控制器连接 的通路。所述的实时功率分析控制器的输入管脚I、 3、 5、 7连接电流采样电路，实时功率分 析控制器的输入管脚2、 4、 6连接电压釆样电路，输入管脚8接零线。然后经实时功率分析 控制器的分析比较，如果检测出电源的三相负载的功率因数不符合要求时，实时功率分析控 制器将发出信号到补偿单元的投切电路，驱动投切电路中的投切元件作用，切断或接通补偿 电容器，然后电流分相采样电路和电压分相采样电路再采样，直到检测到整个电网的三相负 载的功率因数达到要求值或谐波畸变率因数达到要求值；如果检测到电网中的电流或电压超 过额定电流或电压，实时功率分析控制器将自动进入自保状态，并通过信息输入/输出同时发 出报警信号。滤波单元由投切电路将无源滤波器连接于实时功率分析控制器，控制器根据电 网的谐波畸变率投切相应的无源滤波器。
参考图3所示，投切电路中每4个补偿电容器及电容器投切开关电路组成1组补偿电路， 每组对三相电的每个相线分别进行无功功率补偿，4个补偿电容器的关系是 C4=2*C3=4*C2=8*C1,使得每组补偿电路对相线的补偿级数达到16级，而成本相对低廉。
参考图2、图4所示，投切开关设置为晶闸管触发电路与晶闸管开关SR组成的复合式开 关。复合式开关的晶闸管的kl触发控制端与实时功率分析控制器连接，晶闸管的kO控制端 作为基准电压与实时功率分析控制器的输入正电位+12V连接，晶闸管的A2端与电容器或无 源滤波器连接，电容器或无源滤波器的另一端与电源的零线连接，晶闸管的A1端与断路器连 接，再与相线分别连接，晶闸管的N端与电源的零线连接，晶闸管的A1、 A2由kl触发端控 制切断或接通。
参考图5所示，滤波单元由投切电路和无源滤波器组成，无源滤波器由滤波电容器C和 电抗器L适当组合而成，与谐波源并联起滤波作用及无功补偿的作用。无源滤波器为针对于 电网谐波次数的设置为多级单调谐滤波器和高通滤波器，分别对电网各个相线进行多级滤波。
权利要求1、一种智能无功功率补偿和电力谐波滤波电路，用于低压变配电系统中能实时监控和智能无触点投切的电容无功功率补偿和智能无触点投切的电力无源滤波，其特征是微电脑控制单元分别连接着电压采样单元、电流采样单元、补偿单元、滤波单元及信息输入/输出单元，滤波单元、补偿单元、电压采样单元、电流采样单元的另一端连接在电力三相线路上，信息输入/输出单元另一端联系在输入/输出设备的端口上。
2、 根据权利要求l所述的智能无功功率补偿和电力谐波滤波电路，其特征是分3组独 立的补偿单元分别对各个相线进行补偿，补偿单元由若干组电容投切电路和补偿电容器组成， 补偿单元的电容投切电路开关采用以晶闸管触发电路与晶闸管开关组成的复合式电容器开关； 复合式电容器开关的晶闸管的kl控制端与微电脑控制器连接，晶闲管的k0控制端作为基准电 压与微电脑控制器连接，晶闸管的A2端与电容器连接，电容器的另一端与电源的零线连接， 晶闸管的A1端与断路器连接，再与相线分别连接，晶闸管的N端与电源的零线连接。
3、 根据权利要求2所述的智能无功功率补偿和电力谐波滤波电路，其特征是补偿单元 的电容投切电路采用多级电容器进行分相分组投切，每n个复合式电容器开关为1组，每l组 对其中l个相线进行l至2的n次方级无功功率补偿，每i组中的n个电容器采用S 4 2 l方 式的多级电容器，每1组的各个电容器的关系是Cn=2*Cn-1……C4=2*C3=4*C2=8*C1。
4、 根据权利要求l所述的智能无功功率补偿和电力谐波滤波电路，其特征是分多个不 同滤波频率段的无源滤波单元对三相线路进行滤波。
5、 根据权利要求4所述的智能无功功率补偿和电力谐波滤波电路，其特征是滤波单元 由滤波投切电路和无源滤波器組成，补偿单元的电容投切电路开关采用以晶闸管触发电路与晶 闸管开关组成的复合式无源滤波器开关；复合式无源滤波器开关的晶闸管的kl触发控制端与 微电脑控制器连接，晶闸管的kO控制端作为基准电压与微电脑控制器连接，晶闸管的A2端与 无源滤波器连接，无源滤波器的另一端与电源的零线连接，晶闸管的Al端与断路器连接，再 与相线分别连接，晶闸管的N端与电源的零线连接；无源滤波器由滤波电容器和电抗器适当组 合而成的滤波装置，与谐波源并联。
6、 根据权利要求l所述的智能无功功率补偿和电力谐波滤波电路，其特征是所述的微 电脑控制单元设置为实时功率分析控制器，所述的分相采样单元分为电流采样电路和电压采样 电路，所述的分相电流采样电路设置为三个分别与实时功率分析控制器和电源的三相连接的电 流互感器1TA1、 2TA1、 3TA1，电压釆样电路设置为三条与电源和实时功率分析控制器连接的通路。
专利摘要一种智能无功功率补偿和谐波滤波电路。用于低压变配电系统中能实时监控和智能无触点投切的电容无功功率补偿和智能无触点投切的电力无源滤波，它由微电脑控制单元、电压采样单元、电流采样单元、滤波单元、补偿单元及信息输入/输出单元组成。采样单元分别对三相电源的电压和电流采样，微电脑控制单元根据采样单元的数据进行处理并决定是否启动补偿单元对电源进行无功功率补偿或启动滤波单元对电源进行滤波处理。补偿单元的电容投切电路开关采用以晶闸管触发电路与晶闸管开关组成的复合式电容器开关，补偿单元的电容投切电路采用多级电容器进行分相分组投切。滤波单元的滤波投切电路开关采用以晶闸管触发电路与晶闸管开关组成的复合式无源滤波开关。
文档编号H02J3/01GK201238196SQ20072018817
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者郭金成 申请人:重庆海润节能技术有限公司